Doppler-Effekt

Als Doppler-Effekt bezeichnet man die Veränderung der Frequenz von Wellen jeder Art, wenn sich die Quelle und der Beobachter einander nähern oder voneinander entfernen.

Nähern sich Beobachter und Quelle einander, so erhöht sich die Frequenz bzw. die Wellenlänge verringert sich. Im umgekehrten Fall verringert sich die Frequenz und die Wellenlänge wird größer.

Bekanntes Beispiel ist die Tonhöhenänderung des Martinshorns eines Krankenwagens. Solange sich das Fahrzeug nähert ist der Ton höher, sobald es sich wieder entfernt wird der Ton tiefer.

Bei elektromagnetischen Wellen hängt der Doppler-Effekt nur von der relativen Geschwindigkeit von Quelle und Beobachter ab; ob sich dabei die Quelle, der Beobachter oder beide bewegen, hat keinen Einfluss auf die Höhe der Frequenzänderung. Beim akustischen Doppler-Effekt ändert sich für den Beobachter bei einer Eigenbewegung auch die Schallgeschwindigkeit, sodass für ruhenden und bewegten Beobachter verschiedene Berechnungsformeln gelten.

Anwendungen

Der Doppler-Effekt tritt auch bei Echos von ausgesendeten Signalen auf. Beim Doppler-Radar berechnet man die Geschwindigkeit eines Objekts aus der gemessenen Frequenzänderung. In der Astronomie konnten Planeten außerhalb des Sonnensystems aufgrund der Frequenzverschiebung durch den Doppler-Effekt nachgewiesen werden. Sie entsteht durch die geringfügige Eigenbewegung des Sterns, welche durch umlaufende Planeten verursacht wird.

Einem weit verbreiteten Irrtum zufolge entsteht auch die Rotverschiebung weit entfernter astronomischer Objekte durch den Doppler-Effekt. Diese ergibt sich jedoch aus der Ausdehnung des Raums, wobei, anders als beim Doppler-Effekt, auch die Distanz eine Rolle spielt.

Entdeckung

Der Doppler-Effekt wurde nach dem Physiker und Mathematiker Christian Doppler benannt, der ihn 1842 voraussagte. Doppler wollte die unterschiedlichen Farben der Sterne durch ihre Eigenbewegung erklären. Auch wenn er damit falsch lag - die Farben entstehen durch unterschiedliche Oberflächentemperatur der Sterne - war seine Berechnung im Prinzip richtig.

Ein Experiment zum Doppler-Effekt mit Schallwellen wurde 1845 vom Physiker Christoph Buys Ballot durchgeführt. Er postierte dazu mehrere Trompeter sowohl auf einem fahrenden Eisenbahnzug als auch neben der Bahnstrecke. Beim Vorbeifahren sollte jeweils einer von ihnen ein G spielen und die anderen die gehörte Tonhöhe bestimmen. Trotz Schwierigkeiten bei der Durchführung - das Geräusch der Lokomotive war sehr laut, die Musiker waren manchmal unaufmerksam - gelang es Buys Ballot, den Doppler-Effekt zu bestätigen.